Un dominio transmembrana (TMD) es un dominio proteico que atraviesa la membrana . Los TMD pueden constar de una o varias hélices alfa o un barril beta transmembrana . Debido a que el interior de la bicapa lipídica es hidrófobo , los residuos de aminoácidos en los TMD suelen ser hidrófobos, aunque las proteínas como las bombas de membrana y los canales iónicos pueden contener residuos polares. Los TMD varían mucho en tamaño e hidrofobicidad ; pueden adoptar propiedades específicas de los orgánulos. [1]
Se sabe que los dominios transmembrana realizan diversas funciones, entre ellas:
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Las hélices transmembrana son visibles en las estructuras de las proteínas de membrana determinadas por difracción de rayos X. También se pueden predecir sobre la base de escalas de hidrofobicidad . Debido a que el interior de la bicapa y el interior de la mayoría de las proteínas de estructura conocida son hidrófobos , se presume que es un requisito de los aminoácidos que atraviesan una membrana que también sean hidrófobos. Sin embargo, las bombas de membrana y los canales iónicos también contienen numerosos residuos cargados y polares dentro de los segmentos transmembrana generalmente no polares.
El uso del "análisis de hidrofobicidad" para predecir hélices transmembrana permite a su vez predecir la "topología transmembrana" de una proteína; es decir, predecir qué partes de ella sobresalen dentro de la célula, qué partes sobresalen y cuántas veces la cadena de proteína cruza la membrana.
Las hélices transmembrana también se pueden identificar in silico utilizando la herramienta bioinformática TMHMM. [4]
Dado que la traducción de proteínas se produce en el citosol (un entorno acuoso ), se requieren factores que reconozcan los TMD y los protejan en este entorno hostil. También se requieren factores adicionales que permitan que los TMD se incorporen a la membrana diana (es decir, el retículo endoplasmático u otros orgánulos). [5] Los factores también detectan el plegamiento incorrecto de los TMD dentro de la membrana y realizan funciones de control de calidad. Estos factores deben poder reconocer un conjunto altamente variable de TMD y pueden segregarse en aquellos activos en el citosol o activos en la membrana. [5]
Se cree que los factores de reconocimiento citosólico utilizan dos estrategias distintas. [5] En la estrategia co-traduccional, el reconocimiento y la protección están acoplados a la síntesis de proteínas. Los estudios de asociación de todo el genoma indican que la mayoría de las proteínas de membrana que se dirigen al retículo endoplásmico son manejadas por la partícula de reconocimiento de señal que está unida al túnel de salida ribosómico e inicia el reconocimiento y la protección a medida que se traduce la proteína. La segunda estrategia involucra proteínas ancladas a la cola, definidas por un solo TMD ubicado cerca del extremo carboxilo terminal de la proteína de membrana. Una vez que se completa la traducción, el TMD anclado a la cola permanece en el túnel de salida ribosómico y una ATPasa media la orientación al retículo endoplásmico. Ejemplos de factores de transporte incluyen TRC40 en eucariotas superiores y Get3 en levadura. Además, los factores de unión a TMD generales protegen contra la agregación y otras interacciones disruptivas. SGTA y calmodulina son dos factores de unión a TMD generales bien conocidos. El control de calidad de las proteínas de membrana implica factores de unión a TMD que están vinculados al sistema de ubiquitinación del proteasoma .
Una vez transportados, los factores ayudan con la inserción del TMD a través del grupo de "cabeza" de fosfato de la capa hidrófila de la membrana de fosfolípidos . [5] Los factores de control de calidad deben poder discernir la función y la topología, así como facilitar la extracción al citosol. La partícula de reconocimiento de señales transporta proteínas de membrana al canal de translocación Sec , posicionando el túnel de salida del ribosoma proximal al poro central del translocón y minimizando la exposición del TMD al citosol. Las insertasas también pueden mediar la inserción del TMD en la bicapa lipídica . Las insertasas incluyen la bacteriana YidC, la mitocondrial Oxa1 y la cloroplasto Alb3, todas las cuales están relacionadas evolutivamente . Las familias de enzimas conservadas Hrd1 y Derlin son ejemplos de factores de control de calidad unidos a la membrana.